DE2343189A1 - Maschine zur bearbeitung von werkstuecken mit hohem druck, insbesondere hochdruckpresse - Google Patents

Description

Maschine zur Bearbeitung von Werkstücken mit hohem Druck, insbesondere Hochdruckpresse

Die Erfindung betrifft eine Maschine zur Bearbeitung von Werkstücken mit hohem Druck, insbesondere eine Hochdruokpresse, bei der zumindest -ein stationäres und ein gegenüber diesem bewegliches Werkzeug vorgesehen ist.

Es handelt sich dabei insbesondere um Schmiedemaschinen und Hochdruckpressen, sowie um Biegemaschinen. Bei solchen Maschinen wird ein metallisches Werkstück, um eine plastische Verformung desselben zu erreichen, einem oder mehreren Aufschlägen durch ein Werkzeug ausgesetzt. Bei Maschinen dieser Art ist es wünschenswert, den Kontakt zwischen Werkzeug und Werkstück nur kurzzeitig wirksam werden zu lassen, jedoch gleichzeitig eine hohe Genauigkeit der Schlagbewegung des Werkzeuges zu gewährleisten. In einigen Anwendungsfällen verlang man dabei ferner eine hohe Frequenz dieser mehrfachen Einwirkung des Werkzeuges auf das Werkstück.

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Die Forderung nach eine ¹C kurzen Kontaktzeit ist bedingt durch die Notwendigkeit, einerseits das Werkzeug vor einem beträchtlichen Temperaturanstieg während des Kontaktes zu schützen und andererseits zu verhindern, daß der Wärmeverlust des Werkstückes so groß wird, daß die Verformbarkeit auf einen nicht mehr akzeptablen Wert absinkt. Bei gewissen Anwendungen ist es ferner wegen besonderer Umstände notwendig, während einer sehr kurzen Zeit eine große Zahl von Aufschlägen zu erzielen.

Bearbeitet man sehr schwere Werkstücke, die stark verformt werden sollen, ergibt sich noch eine weitere Forderung. Wegen der größeren Kontaktfläche, der stärkeren Verformung und des höheren Kontaktdruckes bei kurzer Kontaktzeit muß die Maschine eine sehr hohe Leistung abgeben können.

Der Einfachheit halber wird im folgenden als Ausführungsbeispiel eine Presse beschrieben. Die.Erfindung ist jedoch nicht auf Pressen beschränkt und bezieht sich auf alle Arten der eingangs genannten Maschinen.

Die Forderung nach kurzen Kontaktzeiten und einer genauen Begrenzung des Werkzeughubes bzw. des Hubes des Pressenkolbens ist auch bei Exzenterpressen gewährleistet. Die Pressen können ebenfalls kurzzeitig eine sehr hohe Leistung abgeben,,insbesondere dann, wenn ein Schwingrad eingesetzt wird, das während eines großen Bereiches der Umdrehung, während ein Arbeitshub stattfindet, dynamische Energie speichert. Alternativ dazu kann die Energie auch während zwei oder mehr passiven Umdrehungen gespeichert werden. Die Forderungen an die Abgabeleistung erfüllen solche Maschinen jedoch lediglich bis zu einem bestimmten Wert. Oberhalb dieses Wertes erreichen bei Eingriff des Werkzeuges mit dem Werkstück die auftretenden Kräfte jedoch ihrerseits Werte, die vollständig unrealistische Dimensionierungen der Kurbelwelle, des Kurbelarmes, der Kupplung un der entsprechenden Lager notwendig machen. Dabei treten bei Abgabe des Arbeits-Aufechlags durch das Werkzeug primär Torsionsbelastungen in der

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Kurbelwelle und extrem hohe Lagerdrücke auf. Ferner haben Exzenterpressen - wie mechanische Pressen im allgemeinen neben den erwähnten teilweise positiven Aspekten noch einen Nachteil, der darauf beruht, daß die Bewegung des Werkzeuges gleich dem Hub des Antriebsmechanismus ist. Man muß also das Werkzeug gegen eine Hubbewegung über das genau erwünschte Maß hinaus schützen. Dieser Nachteil hängt damit zusammen, daß die mechanische Ansteuerung der Bewegung des Werkzeuges nicht nur den größten, sondern gleichzeitig den kleinsten Hub definiert. Die praktische Konsequenz ist, daß, wenn bei Einlegen des Werkstückes in eine Presse seine Dimensionen in Richtung des Aufschlages des Werkzeuges die maximal zulässige Toleranz überschreiten, eine mehr oder weniger starke Schädigung der Maschine auftreten kann, und zwar als Bersten der Kurbelwelle, als Sprünge im Maschinenrahmen oder im Werkzeug oder in Form von Schädigungen der Lager. Außerdem ist es dabei ferner zu befürchten, daß das Werkstück selbst zerstört wird. Das Pressen von Pulver ist z.B. eine typische Anwendung, bei der dieses Risiko vorliegt, da jede Überdosierung zu einer derartigen Überbeanspruchung führen kann.

Hydraulische Pressen weisen solche durch eine ihnen eigene Begrenzung des Arbeitshubes verursachten Nachteile nicht aufj der maximale Arbeitshub kann durch mechanische Anschläge begrenzt werden. Die Kombination hoher Presskräfte und langer Arbeitshübe macht jedoch große hydraulische Zylinder notwendig. Das macht es in der Praxis unmöglich, in kurzen Zeitspannen eine hohe Leistungsabgabe oder eine hohe Arbeitshub-Frequenz zu erreichen, da ein entsprechend großes Volumen hydraulischen Mediums nicht schnell genug, d.h. nicht innerhalb des Bruchteiles einer Sekunde in einen hydraulischen Zylinder hinein bzw. aus ihm heraus gebracht werden kann. Während man sich eine solche Ortsveränderung des hydraulischen Mediums theoretisch vorstellen kann, würden praktische Ausführungen derartiger Konstruktionen zu vollständig unvernünftigen Dimensionierungen, insbesondere bei den verwendeten Ventilen, Pumpen und Leitungen führen. Eine weitere Einsatzgrenze hydraulischer Pressen besteht darin, daß die Kompressibilität der verwendeten hydraulischen Medien bei hohen

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Drücken und großen Volumen noch "besondere Probleme schafft. Diese Nachteile hydraulischer Pressen im Vergleich mit mechanischen Exzenterpressen können kurz dahingehend zusammengefaßt werden, daß es hei hydraulischen Pressen keine Möglichkeit dafür gibt, während einer kurzen Zeitdauer eine Leistung zu entnehmen, die als dynamische Energie während eines längereren Zeitraumes gespeichert werden konnte. Anstatt dessen ist die Leistungsabgabe auf eine lediglich stationäre Leistung begrenzt, die - hält man die Kolbenfläche und den Hub konstant direkt proportional dem maximalen Druck des hydraulischen Mediums ist, der den erwähnten Grenzen unterliegt.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, diese Nachteile zu überwinden und eine Maschine der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Verformung von Werkstücken unter dem Einfluß extrem hoher Kräfte, die in der Größenordnung von 10 Megaminuten liegen, möglich ist. Dabei sollen möglichst die Vorteile der beiden erörterten grundsätzlichen Arten von Pressen erreicht werden und ihre Nachteile ausgeschaltet werden.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß die Ansteuerung des beweglichen Werkzeuges durch ein Schwingrad mit großer Masse und innen angeordneten exzentrischen Flächen, Nocken oder Steuerorganen über eine Kraftübertragung erfolgt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es stellen dar:

Figur 1 einen teilweisen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel;

Figur 2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II nach Figur 1.

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Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Hochdruckpresse weist ein Fundament 1 auf, das versenkt in einer Bodenfläche aus Beton verankert ist. Das Fundament 1 trägt einen Maschinenrahmen, der aus einem unteren Joch 2, zwei Säulen 3 und 4 und dem oberen Joch 5 besteht."Der Maschinenrahmen wird von einer Rahmenverstärkung 6 umgeben, die durch Drähte bzw. Bandagen 7, die unter einer Vorspannung stehen, gebildet wird. Die Ausbildung dieser Rahmenverstärkung ist bekannt und nioht Gegenstand vorliegender Erfindung. Es sei jedoch erwähnt, daß es üblich ist, diese Rahmenverstärkung so anzulegen, daß die Säulen 3 und 4 auch während des Betriebes einem Kompressionsdruck ausgesetzt sind.

Beim Pressen soll die Maschine ein (in den Zeichnungen nicht gezeigtes) Werkstück verformen, das zwischen einem stationären und einem beweglichen Werzeug eingebracht ist. Das stationäre Werkzeug kann entweder an der unteren Fläche des Joches 5 ausgebildet sein oder, was allgemein der Fall ist, durch ein daran befestigtes Gesenk o.dgl. gebildet werden. Das bewegliche Werkzeug wird im vorliegenden Falle durch den Pressenkolben 8 gebildet, der mit einem hydraulischen Zylinder zusammengewirkt und der auf der Oberseite des Joches 2 angeordnet ist. Die Wandung des hydraulischen Zylinders bildet ein schwerer Ring 9» der auf einer dicken Grundplatte 10 befestigt ist. Zwischen der Oberseite der Grundplatte 10 und der Unterseite des Pressenkolbens 8 wird eine zylindrische Kammer 11 gebildet, in der zur Betätigung der Presse ein hydraulisches Medium eingeleitet wird. Die zylindrische Kammer 11 steht über vertikale Bohrungen 12 mit den vier sich in horizontaler und radialer Richtung erstreckenden Zylindern 13, 14, 15, 16 in Verbindung. In den Zylindern 13-16 sind Stößel 17-20 angeordnet. Die Anordnung erfolgt so, daß sich die Stößel 17-20 in den Zylindern 13-16 hin- und herbewegen können. Die Stößel 17-20 werden durch Einwirkung eines ringförmigen Schwingrades 21 betätigt, an dessen Innenwand Führungsschienen 22, 23 vorgesehen sind, in denen Gleitschuhe 24-27 geführt sind, von denen jeweils einer einem der Stößel 17-20 zugeordnet ist. Die Führungsschienen 22, 23 sind kreisförmig ausgebildet, zueinander und bezüglich der Drehachse des Schwingrades 21 jedoch exzentrisch angeordnet. 409811/0913

Figur 2 zeigt die paarweise Anordnung der vier Zylinder 13-16; dabei sind jeweils einander zugeordneten und ein Paar bildenden Zylinder einander diametral gegenüber liegend angeordnet. Wie aus der Zeichnung ferner ersichtlich, sind die Zylinder bezüglich einer vertikalen Mittelebene, die senkrecht durch die Ebenen der Zeichnungen nach Figur 1 und 2 verläuft, symmetrisch angeordnet. Die Zylinder 13-16 dienen, wie noch zu erläutern sein wird, der Steuerung der Hubbewegung des Pressenkolbena und werden daher im folgenden als Steuerzylinder bezeichnet.

Die Stößel 17-20 sind jeweils in ihren äußersten inneren Stellungen dargestellt. Befinden sie sich in diesen Stellungen, so steht das hydraulische Medium in dem Zylinder 11 unter Druck; dieser Druck bewirkt eine Aufwärtsbewegung des Pressenkolbens 8. Alle vier Steuerzylinder befinden sich gleichzeitig in dieser Stellung, sind also gleichzeitig "aktiv"; wegen der bereits erwähnten symmetrischen Anordnung stehen jeweils zwei Stößel mit der einen Führungsschiene, die anderen beiden Stößel mit der anderen Führungsschiene im Eingriff. Es handelt sich also um ein hinsichtlich der wirksam werdenden Kräfte geschlossenes System, d.h. sowohl die aktiv wirksamen Kräfte, als auch die reaktiven Gegenkräfte werden von dem Schwingrad 21 aufgenommen. Die Masse des Schwingrades 21 beträgt typischerweise ungefähr zwischen 50 und 100 Tonnen. Diese große Masse hat zwei Funktionen. Die erste ist die klassische eines Schwingrades; die große Masse bzw. ihr entsprechend hohes Trägheitsmoment machen es möglich, auf sehr hohem Niveau dynamische Energie zu speichern.

Zweitens dient das Material des Schwingrades 21 auch dazu, die eben erwähnten Kräfte und Gegenkräfte aufzunehmen. Deswegen hat das Schwingrad 21 weder Speichen, noch eine Kurbelwelle oder einen Kurbelarm o.dgl., noch ein zentral angeordnetes Scheibenrad. Das Nichtvorhandensein einer in Lagern gelagerten Kurbelwelle beseititgt die oben erörterten derartigen Konstruktionen zuzuordnenden Nachteile.

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Um das Schwingrad 21 entlang seines Umfanges herum sind mehrere Abstützrollen 28 vorgesehen; in vertikaler Richtung wird das Schwingrad 21 von schweren Rollen bzw. Rädern 29 getragen. Auf der Oberseite des Schwingrades 21 ist ein Zahnring 30 angeordnet, mit dessen Hilfe das Schwingrad 21 durch entsprechende Antriebsmittel, beispielsweise Zahnräder oder Ritzelwellen angetrieben wird. Diese Antriebsmittel sind herkömmlicher Art und aus diesem Grunde in der Zeichnung nicht dargestellt. Mit 31 sind Kupplungsstücke bezeichnet, die in der horizontalen Ebene oval ausgebildet und zwischen den Gleitschuhen 24-27 und den Stößeln 17-20 angeordnet sind. Mit Hilfe eines (nicht gezeigten) Steuerungsmechanismus können sie in ihre aktiven Stellungen gebracht (Eingriff der Gleitschuhe mit den Stößeln) bzw. aus diesen herausbewegt (wirkungsmäßige Trennung der Gleitschuhe von den Stößeln) werden."Im letzteren Pail wirkt das Schwingrad 21 auch bei Rotation nicht auf die Steuerzylinder 13-16 ein.

Der erste Vorteil dieser Anordnung liegt darin, daß man den Kolben 8, beispielsweise um ein Werkstück aus der Presse herauszunehmen und ein anderes einzusetzen, anhalten kann, ohne daß dazu das Schwingrad 21 ebenfalls angehalten werden muß. Der zweite Vorteil liegt darin, daß das hydraulische Antriebssystem des Pressenkolbens vom mechanischen Antriebssystem, das durch das Schwingrad 21 gebildet wird, während zwei oder mehr aufeinanderfolgenden Umdrehungen des Schwingrades 21 getrennt werden kann oder, in anderen Worten, daß Impulse zum Antrieb der Steuerzylinder bzw. des in ihnen angeordneten Stößels nicht während jeder Umdrehung des Schwingrades 21 abgenommen werden müssen. Auf diese Weise kann während zwei oder mehr aufeinander folgenden Umdrehungen dynamische Energie gespeichert werden, so daß das Niveau derjenigen Leistung erhöht wird, die während einer aktiven Umdrehung des Schwingrades 21, d.h. während eines Eingriffs mit den Stößeln, in einem Moment abgenommen werden kann.

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Wie bereits erläutert, bewirkt diese Anordnung des Schwingrades, daß eine gemäß der Erfindung ausgebildete Maschine den Exzenterpressen und entsprechenden rein mechanisch wirkenden Maschinen zur Verformung von Werkstücken bei hohen Drücken überlegen ist.

Im folgenden soll näher auf die Vorteile gegenüber herkömmlichen hydraulisch betriebenen Maschinen eingegangen werden. Da die gesamte Menge des benötigten hydraulischen Mediums drastisch reduziert ist, hat man im wesentlichen alle die Probleme ausgeschaltet, die durch die Kompressibilität des Mediums oder- durch die Schwierigkeit bedingt sind, große Flüssigkeitsmengen über leitungen, Ventile usw. ortsmäßig schnell zu verändern, d.h. von einem Ort zu einem anderen zu bringen.

Die Komponenten des hydraulischen Systems wurden oben als Kraftübertragung bezeichnet. Sie stellt normalerweise eine Kraftvervielfachung dar. Sie hat zwei Aspekte, nämlich einmal einen Wechsel der Richtung der ausgeübten Kräfte und ferner eine Veränderung im Kräfteverhältnis. Die Vorteile der Richtungsänderung wird, wie aus der Beschreibung des Ausführungsbeispiels ersichtlich, durch NichtVerwendung von Maschinenelementen wie Kurbelwellen usw. erreicht. In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, daß es erhebliche konstruktive Probleme mit sich bringen würde, wollte man ein derartig schweres Schwingrad mit horizontaler anstatt vertikaler Drehachse anordnen. Die Veränderung des Kräfteverhältnisses bedeutet normalerweise eine Krafterhöhung von den Stößeln bzw. dem auf sie einwirkenden Schwingrad zum Pressenkolben 8. Die Summe der wirksamen Flächen der Stößel 17-20 sind dann wesentlich kleiner als die Fläche des Pressenkolbens 8. Die Erfindung umfaßt jedoch auch eine solche Dimension!erung dieser Komponenten, bei der die von dem Pressenkolben 8 abgegebene Kraft geringer als die von den Stößeln aufgenommenen Kräfte sind.

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Praktisch sind natürlich eine Reihe von Ausführungsformen der Maschine möglich, die von dem beschriebenen Ausführungsbeispiel abweichen. Das Wesentliche dieses Schwingrades ist seine ringförmige Ausbildung, das NichtVorhandensein irgendwelcher zentral angeordneter Teile wie z.B. Wellen, Zapfen, Speichen, Kurbelwellen, Scheiben usw. und die Anordnung innerer Führungsschienen, so daß man ein geschlossenes Kraftübertragungssystem erhält. Die Abstützung der Lagerung des Schwingrades kann ohne besondere Einschränkungen gewählt werden. Alternativ zur gezeigten Lösung des Lagerproblems kann man Luftkissen verwenden.

Die Zahl der Steuerungszylinder kann zwei oder mehr sein. Vorzugsweise werden die Zylinder jedoch symmetrisch zueinander und im gleichen Abstand voneinander angeordnet. Die Kraftübertragung auf die Stößel 17-20 kann ebenfalls anders als in der gezeigten Weise erfolgen. Es wird besonders betont, daß die !Führungsschienen des Schwingrades nicht notwendigerweise kreisförmig und exzentrisch angeordnet sein müssen, sondern daß auch entsprechend kurvenförmige Nocken oder ähnliche Mittel zur Ansteuerung der Stößel (Steuerorgane) verwendet werden können.

Wie erörtert, ist im Zusammenwirken mit den Kupplungsstücken 31 vorzugsweise vorgesehen, daß durch einen entsprechenden Mechanismus eine Trennung des Eingriffes zwischen den Stößeln und dem Schwingrad 21 erreicht werden kann. Die Trennung kann im rechten Winkel zur Drehebene des Schwingrades, jedoch auch in derselben Ebene stattfinden. Im letzteren Fall werden die Kupplungsstücke um vertikal angeordnete Wellen gedreht. Eine weitere Möglichkeit, den Eingriff bzw. die Trennung herbeizuführen, besteht in der axialen Verschiebung des Schwingrades.

Die Pressenkolben 8 und der den Zylinder bildende Ring 9, sowie die weiteren üblicherweise dazugehörenden Teile können ebenfalls anders a]s in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ausgebildet sein. Man kann auch mehr als nur einen Kolben einsetzen. Die Maschine kann zum Pressen, Schmieden, Biegen, der Verdichtung von Pulver o.dg. eingesetzt werden.

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Claims (10)

1. 7 STUTTGART 1

   Alexanderstraße 88 Telefon {07 Π) 24 «8 29 Telegrammadresse UDEPAT

   AB Oarbox Datum= 25. August 1973

   Dragongatan 16

   ^Ö ^" Mein Zeichen: QB - 409

   Ystad, Schweden

   Amtl. Akt. Z.:

   Patentansprüche

   / 1.!Maschine zur Bearbeitung von Werkstücken mit hohem Druck, ^-^insbesondere Hochdruckpresse, bei der zumindest ein stationäres und ein gegenüber diesem bewegliches Werkzeug vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerung des beweglichen Werkzeuges (8) durch ein Schwingrad (21) mit großer Masse und innen angeordneten exzentrischen Flächen (22,23), Nocken oder ähnlichen Steuerorganen versehen ist über eine Kraftübertragung (24-27, 31, 17-20) erfolgt.
2. 2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftübertragung durch einen Arbeitszylinder (9) gebildet wird, in dem ein unter Druck stehendes hydraulisches Medium die Relativbewegung der Werkzeuge zueinander erzeugt, dessen Arbeitsraum (11) mit mehreren Steuerzylindern (13-16) in Verbindung steht, in denen Stößel (17-20) angeordnet sind, auf die das Schwingrad (21) einwirkt.

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3. 3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwingrad (21) innen mit Nocken (22, 23) versehen ist, die jeweils kreisförmig, gegeneinander und gegenüber der Drehachse des Schwingrades (21) exzentrisch, sowie derart ausgebildet sind, daß das Schwingrad (21) bei Wirksamwerden der Kraftübertragung (24-27, 31, 17-20) einer symmetrischen Belastung unterliegt.
4. 4. Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nocken (22,23) des Suhwingrades (21) auf Gleitschuhe (24-27) einwirken.
5. 5. Maschine nach Anspruch 2 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei Paare von Steuerzylindern (13-16) vorgesehen sind, wobei jedes Paar (13,16; 14,15) aus zwei einander diametral gegenüberliegenden Zylindern besteht, die durch Bohrungen in dem stationären unteren Teil (10) des Arbeitszylinders (9) gebildet werden.
6. 6. Maschine nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Trennung des Eingriffes von Schwingrad (21) und den Werkzeugen vorgesehen sind.
7. 7. Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Schwingrad (21) und der Kraftübertragung (24-27, 17-20) Kupplungsstücke (31) vorgesehen sind, durch deren Verstellung ein Eingriff bzw. eine Trennung des Schwingrades (21) und der Kraftübertragung (24-27, 17-20) bewirkt wird, indem der Abstand zwischen den Steuerorganen (22, 23) uni der Kraftübertragung (24-27, 17-20) verändert werden kann.
8. 8. Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwingrad (21) zur Herstellung eines Eingriffes bzw. einer Trennung mit dem Werkzeug (8) in axialer Richtung verschiebbar ist.

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9. 9. Maschine nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwingrad (21) um eine vertikale Achse drehbar angeordnet ist.
10. 10. Maschine nach Anspruch 1 oder einem der folgenden mit einem Verstärkungsrahmen (6), vorzugsweise in Form eines entlang seines Umfanges durch unter einer Vorspannung stehende Drähte oder Kabel geschlossenen Rahmens ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwingrad (21) den Verstärkungsrahmen (6) umgibt.

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